Для аэрации культуральной жидкости в процессах выращивания посевного материала и ферментации в производстве используется стерильный воздух. После прохождения ферментера объемом 0.5 м-3 воздух содержит около 10 мг/м3 веществ, относящихся к первой категории вредности v в основном отдельных бактерий и их скоплений с размерами от 0.1 до 10 мкм. Попадая в окружающий воздух, они могут оказать неблагоприятное воздействие на организм человека в основном в виде различного рода аллергических заболеваний и отравлений.
В целях охраны окружающей среды для очистки отходящего технологического воздуха на выходе из ферментера был установлен однокамерный двухступенчатый конденсационный центробежный сепаратор с диаметром рабочих камер 30 мм и длиной 250 мм. Расход воздуха из ферментера составлял от 350 до 450 л/мин (от 0.0058T0.0075 м3/с) при температуре 30¦1 ¦С. Пар в количестве до 0.1 кг/кг подавался из паровой сети цеха. В качестве хладоагента использовалась вода c температурой от 2 до 15 ¦С.
В качестве закручивающего устройства использовались шестизаходные шнековые (винтовые) завихрители с шагом 96 мм (углом закрутки 45¦). При испытаниях численная концентрация аэрозольных частиц (бактерий) в газе до и после сепаратора определялась по числу колоний, образовавшихся в питательной среде (агар-агаре) после пропускания газа и выдержке в благоприятных условиях в течение 24T 72 часов по методике ВНИТИАФ.
Результаты экспериментальных исследований
| Наименование показателя | До очистки | После очистки | Эффективность, % | |
| 1 2 3 | Концентрация пыли, мг/м3Концентрация NO2, мг/м3Концентрация SO2, мг/м3 | 19 29 80 | 7 3 8 | 63.2 89.7 90.0 |
Испытания проводились при оптимальных для работы аппарата условиях, параметры которых были найдены при лабораторных исследованиях. Подача пара осуществлялась по трем схемам v только в первую ступень, только во вторую ступень и в обе ступени в равных количествах. Нестабильность концентрации дисперсной фазы в газе привела к слабой воспроизводимости результатов экспериментов. В табл. 3 приведены интервалы изменения эффективности сепарации дисперсной фазы в зависимости от расхода и схемы подачи пара.
Результаты опытно-промышленных испытаний
| Схема подачи | Удельный расход пара, г/кг | ||
| 20 | 50 | 100 | |
| Эффективность сепарации, % | |||
| Первая ступень | 30 v 50 | 50 v 80 | 70 v 100 |
| Вторая ступень | 0 v 30 | 20 v 50 | 40 v 80 |
| Две ступени | 40 v 80 | 80 v 100 | 100 |
Из таблицы видно, что при подаче пара в обе ступени в количестве 50v100 г/кг конденсационный центробежный сепаратор обеспечивает высокую степень очистки газа от аэрозольных частиц, а при расходе пара 100 г/кг достигается полная очистка.
Таким образом, опытно-промышленные испытания подтвердили возможность применения и высокую эффективность конденсационного центробежного сепаратора для тонкой очистки технологических газов и промышленных выбросов с небольшим содержанием механических примесей от высокодисперсных аэрозольных частиц.
Выводы
1. На основании всестороннего изучения способов очистки газа показано, что для осуществления одновременного улавливания газообразных и дисперсных примесей наиболее эффективны пленочные и центробежные конденсационные аппараты, реализующие дисперсно-кольцевой режим взаимодействия фаз.
2. Разработанные аппараты обеспечивают высокую эффективность очистки газа от дисперсных и газовых выбросов и позволяют существенно снизить загрязнение атмосферы.
3. Проведенные исследования и полученные результаты промышленной апробации свидетельствуют о перспективности применения разработанных подходов для усовершенствования процесса очистки.
Список литературы
Известия 1998. 11 апр. ¦ 67 (25167). С. 1.
Коновалов Н.М., Войнов Н.А., Мар-ков В.А., Николаев Н.А. Массоотдача при свободном стекании пленки жидкости по наружным и внутренним поверхностям труб // Теор. основы хим. технол. 1993. ¦ 3.С. 309v314.
Ершов А.И. Разработка, исследование и применение элементных ступеней контакта с взаимодействием фаз в закрученном потоке. Дис. ... докт. техн. наук. Л., 1975. 304 с.
Klein H., Schmidt P. Vergleichende Untersuchungen zvischen Drehstromungsentstauber und Zyklon // Verfahrenstechnik. 1971. Bd. 5. ¦ 8. S. 316-319.
Мельников Е.П. Вихревые пылеуловители. Обзорная информация М., 1975. 45 с.
Исаков В.П., Сугак Е.В. Конденсационный центробежный сепаратор // Промышленная и санитарная очистка газов. 1982. ¦ 6. С. 2v4.
Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. М., 1987. 588 с.
Коновалов Н.М., Войнов Н.А., Николаев Н.А. Массоотдача в турбулентных пленках в условиях вертикального прямоточного движения газо-жидкостного потока // Теор. основы хим. технол. 1997. ¦ 1. С. 17v22.
Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли. М., 1978. 208 с.
Петрянов И.В. и др. Волокнистые фильтрующие материалы ФП. М., 1968. 78 с.
Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под общ. ред. А.А. Русанова. М., 1983. 312 с.
Martinelli R.C., Nelson D.B. Prediction ot Pressure drop during Forced circulation Boiling of water. Trans ASME. 1948. Vol. 70. P. 695v702.
Хьюитт Дж., Холл-Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения. М., 1974. 408 с.
Николаев Н.А. Исследование и расчет ректификационных и абсорбционных аппаратов вихревого типа: Дис. ... докт. техн. наук. Казань, 1972. 350 с.
Нигматулин Р.Н. Динамика межфазных сред. Ч. 2. М., 1987. 360 с.
Чен Ше-фу, Ибеле. Потери напора и толщина жидкостной пленки при кольцевом двухфазном чисто пленочном течении и течении с образованием эмульсии // Труды Амер. общества инженеров механиков. 1964. т. 86. серия С. ¦ 1. С. 116v125.
Житкова Н.Ю., Воронин С.М., Коновалов Н.М., Войнов Н.А. Расчет гидродинамических параметров в условиях вертикального прямоточного движения газа и турбулентной пленки жидкости. Красноярск, 1997. Деп. в ВИНИТИ 10.04.97, ¦ 1160-В97.
Сугак Е.В. Расчет эффективности прямоточных сепараторов. // Научно-технический и социальный прогресс лесопромышленного комплекса Восточно-Сибирского региона: Сб. Красноярск, 1990. С. 170v174.
Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М., 1955. 352 с.
Cleaver J.W., Yates B. Mechanism of detachment of colloid particles from a flat substrate in turbulent flow // J. Colloid Interface Sci. 1973. Vol. 44. P. 464v473.
Yung B.P.K., Merry H., Bott T.R. The role of turbulent bursts in particle re-entrainment in aqueous systems // Chem. Eng. Sci. 1989. Vol. 44. ¦ 4. P. 873v882.
Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара. М., 1972. 303 с.
Ужов В.Н. и др. Очистка промышленных газов от пыли. М., 1981. 392 с.